【正文】 3m3,而非常規(guī)天然氣資源估計有13971012—44301012m3,這為天然氣成為一種優(yōu)質清潔能源和重要的化工原料提供了資源保障。天然氣作為一種新興能源，在我們的生活中占據(jù)著越來越重要的地位。天然氣還是很好的化工原料，廣泛應用于合成氨、甲醇、氮肥工業(yè)、合成纖維工業(yè)等；天然氣合成油(GTL)技術，也是天然氣大規(guī)模利用的途徑之一；從天然氣中分離出來的硫磺還可作為硫酸工業(yè)原料。天然氣作為一種寶貴的資源在人民生活和工業(yè)中有著廣泛的應用。 目錄 1 1 1 2 2 3 3 3 3 3 3 3 經(jīng)濟因素 4 4 4 4 6 7 7 8 8 8 8 9 9 9 12 13 13 13 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 15 16 16 165. 工藝計算 17 17 17 17 19 1計算依據(jù) 19 19 24 26 26 26 27 27 28 28 28 28 29 30 30 30 30 30 30 31 31 32 32 32 33 33 33 34 34 34 34 37 38 41 44 計算依據(jù) 44 44 44 解吸塔的塔體工藝尺寸計算 46 47 47 47 47 48 48 48 48 48 48 48 48 49 49 49 直徑 49 50 52 54 54 54（閃蒸罐） 55 55致謝 57參考文獻 5857 100104m3/d天然氣脫硫脫水工藝設計1 緒論天然氣(Natural Gas)是地表下孔隙性地層中天然生成的以低分子飽和烴為主的烴類氣體和少量非烴類氣體組成的可燃性氣體混合物，它常常和原油伴生在一起。天然氣組分大多數(shù)以甲烷為主，包含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烴類，以及少量的氮氣、二氧化碳、硫化氫、氦、氧、氫等氣體。它作為一種高效、優(yōu)質、清潔能源，不僅在工業(yè)與城市民用燃氣中廣泛應用，而且在發(fā)電業(yè)中也越來越發(fā)揮重要作用。天然氣不僅在燃料、化工原料等方面有諸多優(yōu)點，對天然氣進行處理回收其中的硫磺，提高天然氣資源綜合利用程度，獲得天然氣資源的更大價值，還能保證在儲藏、運輸過程中的安全性，減少大氣污染，對提高天然氣的整體經(jīng)濟效益，都具有重要的現(xiàn)實意義。據(jù)眾多國際權威機構和專家預言：天然氣將逐漸取代石油在能源消耗結構中的地位，到21世紀中期將進入“天然氣世紀”。[1]自地下儲集層沖采出的天然氣中都含有一定的水分和H2S，有機硫等酸性組分，這些組分的存在往往會造成嚴重的后果：，影響平穩(wěn)供氣；而H2S和有機硫等酸性組分在水的存在下還會腐蝕管路和設備，同時也造成了不必要的動力消耗。因此，無論是從金屬防腐、環(huán)境保護、人員安全角度考慮，都必須從天然氣中脫除水分和酸氣組分。硫磺是一種重要的基礎化工原料，在國防、農(nóng)業(yè)、化工、輕工、冶金、建材、醫(yī)藥等眾多領域起著至關重要的作用，回收天然氣中的硫資源起到了變廢為寶的作用。目前對天然氣脫硫裝置設計一般采用經(jīng)驗設計方法，該方法在給定工藝指標的前提下，由個人經(jīng)驗與手工查圖相結合的辦法，手算出脫硫裝置中各設備的參數(shù)。對設計者本身的素質要求較高。而且采用該方法設計出的天然氣脫硫裝置往往存在系統(tǒng)運行不協(xié)調(diào)、不經(jīng)濟的問題。目前國內(nèi)外研究大都停留在對單個設備的模擬和優(yōu)化上，而對整個脫硫裝置系統(tǒng)的優(yōu)化設計研究相對較少。同時本文的研究對降低管道、設備、儀表的腐蝕:減少大氣污染。保證人民的生命財產(chǎn)安全。 商品天然氣的技術標準 （GB 178201999）項 目一 類二 類三 類高位發(fā)熱量MJ/m3＞總硫mg/ m3 ≤100 ≤200≤460H2S mg/ m3≤6≤20≤460二氧化碳 %(v)≤－水露點℃在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點應比最低溫度低50℃。，搞好配套專業(yè)設計，特別是要加強節(jié)能、環(huán)保、安全、消防及工業(yè)衛(wèi)生和勞動保護方面的配套設計。 、能量衡算、能量衡算如原料氣的組成、壓力、溫度、凈化氣要求的凈化度、壓力、溫度；以及由此而要求的技術條件（如再生蒸汽壓力、貧液入塔溫度等等）。如消耗指標、三廢產(chǎn)生情況、要求的設備型式等等，以及他們與上述外部工藝因素的關系。 經(jīng)濟因素主要是投資和操作成本，也包括原材料供應情況：盡管脫硫方法甚多，但對較大型的裝置醇胺法經(jīng)常是優(yōu)先考慮的。而在脫水過程中，三甘醇（TEG）脫水的工藝性質為連續(xù)性吸收再生，露點降為40到60℃，能耗中等，投資也中等，且沒有環(huán)境問題，所以三甘醇是種很好的脫水方法。目前國內(nèi)外己經(jīng)開發(fā)出許多天然氣脫硫處理工藝方法，這些方法主要分為可再生溶劑法、固定床吸附法、膜分離方法、等三大類工藝流程方法。該方法通過將含有H2S的天然氣與溶劑逆流接觸而達到在吸收塔中將其脫除的目的。再生出來的酸氣一般通過Cluas硫磺回收工藝將H2S轉化為單質硫，而將其回收利用。[4]其中化學溶劑(主要是醇胺類)法是目前天然氣脫硫工藝中使用最頻繁的方法。因為此時H2S等酸氣的脫除過程主要是受化學過程控制，而較少依賴于組分的分壓，而且化學溶劑對烴類的溶解度很小，不會造成大的烴損失。在脫除過程中，必須把固體硫轉換成硫化氫，以硫在胺溶劑中改良為克勞斯回收法，可用于如凈化廠中的所有克勞斯回收法回收的硫化氫。對于高容量的情況，所需要的硫容量是高于20的TPD ，所以胺溶液法加克勞斯硫磺回收法仍舊是最符合經(jīng)濟效益的選擇。砜胺法采用的溶液包含有物理吸收溶劑和化學吸收溶劑，物理吸收溶劑是環(huán)丁砜。砜胺法溶液的酸氣負荷幾乎正比于氣相中酸氣分壓。因為砜胺溶液中含有醇胺類化合物，因此凈化氣中酸氣含量低，較易達到管輸要求的氣質標準。但是該方法不能深度脫硫，常用于硫的粗脫，與其它方法配合使用。對原料氣流量大、酸氣含量低的天然氣不適合，而且過多水分與酸氣同時存在會對膜的性能產(chǎn)生不利影響。但膜分離技術作為一種脫除大量酸氣的處理工藝，或者與傳統(tǒng)工藝混合使用，則為含高濃度酸氣的天然氣處理提供了一種可行的方法。尤其是對一些高含量H2S天然氣的處理，獲得了滿意效果。1. IFPEX一1脫水工藝法國石油科學院開發(fā)的IFPEXOL工藝是氣體加工領域的一項新工藝，其突出的優(yōu)點是其經(jīng)濟性及對環(huán)境的安全性。IFPIEXOL工藝分兩部分，其中IFPEX—l用于脫水，其工藝過程是：氣體進料向上通過一座接觸塔，在塔內(nèi)與來自冷卻分離器并向下流動的含水溶劑逆流接觸，上升的原料氣從水中完全提出。IFPEX—1工藝的操作費用低。常用的三甘醇法需要一臺大的輸送高熱物料泵和再生裝置，耗能較多。若以每千瓦小時的電費為0．05美元及每百萬大卡需要耗燃料費12美元計算，與三甘醇法相比較，IFPIEX—l每年可節(jié)約10萬美元的操作費用。在新概念的指導下，這項脫水工藝又有所發(fā)展。ARCO油氣公司證實，在采用三甘醇脫水相同的工藝條件下，結構填料能夠將塔的規(guī)模減小，容器重量減少，內(nèi)部零件減少，費用降低。結構填料提供了更大的吸收率、更高的處理量及較低的壓降。美國Proses公司擁有的這項Proses技術，氣體處理越大，成本越低，世界上許多國家正在推廣這項技術。目前許多天然氣田都使用分子篩干燥氣體。在分子篩干燥氣體時，同時吸附了硫化氫，但需注意，在有CO2存在時，H2S可能被催化反應為碳基硫。分子篩用于氣體干燥不需要甘醇脫水那樣的預冷卻。20世紀90年代美國天然氣研究院提出的膜分離工藝，是根據(jù)含有水蒸汽、溶解氣的流動氣體通過聚合物薄膜發(fā)生的擴散或滲透，由于不同氣體有不同的溶解度和擴散系數(shù)，氣體通過膜具有不同的移動速度，從而達到分離的目的。美國天然氣研究院及一些大型石油公司已研究開發(fā)出了用于天然氣干燥的氣體分離膜和膜系統(tǒng)。美國Grace公司利用卷式膜組件開發(fā)了天然氣水分和酸性氣體脫除的工業(yè)試驗裝置，并在加拿大等地現(xiàn)場進行了試驗，取得了良好效果。膜分離技術是目前世界上比較先進的技術之一，它具有易于操作、使用壽命長、適應范圍廣、安全可靠、能耗低等技術優(yōu)點。天然氣脫硫工藝的選擇需要考慮很多可變因素，概括起來有如下幾點：、所含雜質的類型和濃度；；；；；；:的比率。使用中很少發(fā)生降解，對碳鋼基本無腐蝕；，吸收酸性氣體溶劑損失小，工業(yè)裝置上溶解的年更換率為2%一3%。MEA ， MDEA（甲基二乙醇胺）和許多其他化學溶劑也是特殊的胺化學溶劑，二氧化碳接觸胺溶液時，硫化氫和二氧化碳均被胺溶液吸收，并盡量減少能源的消耗。MDEA法和克勞斯法回收硫磺在經(jīng)濟方面是最好的選擇。目前天然氣脫水中應用最多的是三甘醇工藝。研究表明，結構填料在壓力為6．89MPa或更大時進行天然氣脫水表現(xiàn)出極佳的效果。目前已進行了兩種類型的結構填料測試。故本次擬設計采用三甘醇作為脫水劑。，對主題設備進行選型，設計最優(yōu)的工藝流程，使天然氣被充分凈化，且MDEA溶液和TEG溶液達到最高的回收率。，并提出建議并編輯說明書。 原料氣規(guī)格表組分摩爾百分數(shù) %CH4C2H6C3H8iC4H10n C4H10i C5H12n C5H12C6+CO2HeH2SN2 設計要求凈化氣氣質條件：H2S≤20mg/m3，CO2含量≤3% ?！婕矗?5℃。離開換熱器的富液溫度估計：為減輕腐蝕和富液酸氣的解吸，一般貧富液不需要大面積的換熱，設計時溫度一般取5594℃。溫度為25℃，壓力為5480KPa的原料氣先經(jīng)過入塔分離器，除去天然氣中夾帶的液體和固體顆粒；然后氣體進入吸收塔底部，℃的MDEA溶液逆流相接觸，脫除其中的硫化氫。[8]℃后進入吸收塔上端，進行吸收—再生的循環(huán)過程。 2 1 453 67 98 1110 天然氣脫硫流程簡圖1— 入口分離器；2—吸收塔；3—閃蒸罐；4水冷器；5—增壓泵；6—貧富換熱器；7—再生塔；8—重沸器；9—冷凝器；10—回流泵；11—回流罐； 操作參數(shù)表設備溫度℃壓力MPa入口分離器25MDEA吸收塔塔頂：35塔底：25MDEA換熱器貧液：118—83富液：60—93MEDA再生塔塔頂：93塔底：117MDEA閃蒸罐60 5. MDEA法的一般操作問題(1)腐蝕在醇胺法裝置的操作中，最嚴重的問題是腐蝕，這一問題已引起了廣泛的注意。特別在使用MDEA溶液的裝置中，腐蝕隨著溶液中酸性氣體濃度的增加而增強。H2S像酸一樣地與碳鋼作用，隨后形成不溶的硫化亞鐵。同時發(fā)現(xiàn)在主要處理CO2的裝置中，有很少H2S存在時，的確可以減少腐蝕作用。這種分解產(chǎn)物是溶劑和進料氣體組分的不可逆造成的。溶液中的懸浮固體即硫化鐵的侵蝕，以及溶液在換熱器管子和管路中高速流動，都會加快腐蝕。為減輕腐蝕作用，通常采用以下幾種措施：。使所有會暴露在大氣的溶液界面上有一層惰性氣體覆蓋，并使泵的入口處維持適當正壓。包括高分子胺和重金屬鹽。發(fā)泡通常是由于溶液中的雜質引起的。解決辦法通常有：，以除去游離液體。 三甘醇脫水由高壓吸收系統(tǒng)及低壓再生系統(tǒng)兩部分組成。如果天然氣中雜質過多，還要采用過濾分離器。由進口氣滌器頂部分出的濕天然氣進入吸收塔底部，向上通過各層塔板，與向下流過各層塔板的甘醇溶液逆向接觸時，使氣體中的水蒸氣被甘醇溶液所吸收。離開吸收塔的干氣經(jīng)過氣體/貧甘醇換熱器（貧甘醇冷卻器），用來冷卻進入吸收塔的甘醇貧液（貧甘醇）。經(jīng)氣體/貧甘醇換熱器冷卻后的貧甘醇進入吸收塔頂部，由頂層塔板依次經(jīng)各層踏板流至底層塔板。吸收了天然氣中水蒸氣的甘醇溶液（富甘醇）從吸收塔底流出，先經(jīng)高壓過濾器除去由進料氣帶入的固體雜質，再與再生好的熱甘醇貧液（熱貧甘醇）換熱后進入閃蒸分離器（閃蒸罐），經(jīng)過低壓閃蒸分離，分出被甘醇溶液吸收的烴類氣體。這些雜質可以引起甘醇溶液氣泡、堵塞再生系統(tǒng)的精餾柱（通常是填料柱），還可使重沸器的火管結垢。精餾柱一般充填陶瓷的英特洛克斯（Intalox）填料。精餾柱頂部裝有回流冷凝器，以在精餾柱頂部產(chǎn)生部分回流。從富甘醇中氣化的水蒸氣，最后從精餾柱頂部排至大氣中。再生好的熱貧甘醇由重沸器流經(jīng)貧/富甘醇換熱器等冷換設備進行冷卻。緩沖罐也起甘醇泵的供液罐作用。甘醇泵：輸送設備，輸送貧甘醇入吸收塔。緩沖罐：儲存液體過濾器：除去TEG溶液中的固體粒子和溶解性雜質。貧液冷卻器：冷卻貧甘醇以達到需要的溫度貧/富液換熱器：控制進閃蒸罐和過濾器的富液溫度，并回收貧液的熱量。原料氣分離器：分離原料氣夾帶的固體或液滴。防止或減